Bár novemberi számunkra továbbra is a sokszínûség

Elôretekintés szabo@hit.bme.hu Bár novemberi számunkra továbbra is a sokszínûség jellemzô és a cikkek több részterületet képviselnek, már most szeretném jelezni, hogy jövô év januártól kezdve rendszeresen tematikus lapszámokkal fogunk jelentkezni. Ezek mindegyikében egy-egy tématerületet mutatunk majd be a felkért szerzôk áttekintô jellegû, tehát szándékunk szerint T. Olvasóink széles köre számára érthetô és érdekes cikkekkel. A szám gerincét képezô tutoriális rész mellett helyet adunk a témakörhöz kapcsolódó, hozzánk beküldött kutatási jellegû cikkeknek is. Ezt a lehetôséget ajánljuk potenciális szerzôink figyelmébe, és ehhez nyújtunk segítséget felhívásainkkal, melyek közül elsôként egyszerre kettôvel is e számunkban jelentkezünk, a késôbbiekben pedig rendszeresen, szinte minden hónapban találkozhatnak. 2006 elsô felében a következô tematikus számokat tervezzük, a szerkesztôbizottság egy-egy, az adott témeterületet gondozó tagjának, mint vendégszerkesztônek a közremûködésével: Január: Web-technológiák (Vonderviszt Lajos) Február: Optikai kommunikáció (Paksy Géza) Március: Beszédfeldolgozás (Németh Géza) Április: Ûrkutatás, ûrtávközlés (Kántor Csaba) Május: Június: Informatikai biztonság (Buttyán Levente) Válogatás a Networkshop legjobb elôadásaiból (Tétényi István) Várjuk az érdekes eredményeket tartalmazó cikkeket és számítunk olvasóink érdeklôdésére! Mostani számunkban egy cikkcsokorral találkozik az Olvasó, amelynek közös nevezôje: a vezetéknélküli hálózatokon nyújtandó multimédia szolgáltatások. Az elsô cikk motivációja az új generációs Internet protokollja, az IPv6 feletti mobil szolgáltatások megjelenése és elterjedése. Izgalmas felhasználói és szakmai kérdéskörnek fogalmazódik meg a mobilitás hatásának mértéke a TCPv6, UDPv6 protokollokra épülô szolgáltatások viszonylatában. A szerzôk valós, vezetéknélküli hálózati környezetben végzett összehasonlító mérések eredményeivel adnak segítséget a szolgáltatás-minôség biztosításához. Ajövôben egyre inkább a multimédia továbbítása fogja adni a hálózati terhelés nagy részét. Sokak szerint a 3G hálózatok nem lesznek alkalmasak igazán szélessávú multimédia szolgáltatások nyújtására, ezért a kutatás és fejlesztés fókuszában a 4G-nek nevezett megoldási irányok állnak. Ezekrôl a fejlôdési tendenciákról ad következô cikkünk áttekintést, a 3G hálózatok lehetôségeinek határáról, az új igényekrôl, melyek szükségessé teszik a jövôben a 4G hálózatok kialakítását, és hogy jelenleg milyen technológiai lehetôségek állnak rendelkezésünkre az ezen elvárásokat kielégítô 4G hálózatok megvalósításához. Az Interneten elérhetô multimédiás alkalmazások egyre népszerûbbé válnak a felhasználók körében. Mobil környezetben történô robbanásszerû elterjedésüket azonban a korlátozott sávszélesség és a vezeték nélküli csatorna jellegzetesen magas hibavalószínûsége korlátozza, hiszen a gyakori hibák jelentôsen rontják a multimédiás szolgáltatás minôségét. Cikkünk bemutat egy új algoritmust, amely a DCCP transzport protokoll alkalmazásával jelentôsen javítja az audió-videó folyam minôségét. A javasolt szelektív újraküldéses algoritmus kiemelten kezeli az MPEG típusú multimédiás folyamok fontosabb kereteit, így csökkentve a bithibák továbbterjedését. A szolgáltatás minôsége így nagymértékben javítható. A vezeték nélküli terminálok, mint például okostelefonok, digitális személyi asszisztensek (PDA-k) és laptopok növekvô száma miatt egyre inkább szükség van arra, hogy a személyi hálózatokat egyszerû módon lehessen felállítani, valamint be- és újrakonfigurálni. Cikkünk szerzôi arra adnak választ, hogy hogyan lehet ilyen hálózatokban egy dinamikusan változtatható, de egységes számítástechnikai környezetet létrehozni, mely kiterjed az egymással összekötött vezetékes és vezeték nélküli, valamint fix és mobil eszközökre. A témakört kiegészíti egy kommunikáció-geográfiai cikk, amely bemutatja, hogyan jutottunk el a harmadik generációs rendszerekig. A cikk a mobiltelefónia európai elterjedésének idôbeli folyamatával és térbeli mintáival foglalkozik a mindenkori technológiák (analóg, digitális) idôszakaira vonatkozóan. A jellegzetességeket komplex szemléletmóddal, az egyes hatótényezôk (a GDP, a természetföldrajzi adottságok, a népsûrûség, a lakosság kulturális színvonala és a távközlési politika) együttes vizsgálatával mutatja be. E számunk még további két érdekes cikket tartalmaz: az egyik egy távközlési feladatok vizsgálatára is alkalmas új sorbanállási modellel, a másik a távközlési rendszerek üzemeltetéséhez elengedhetlen hibajegyrendszerekkel foglalkozik. Szabó Csaba Attila, fôszerkesztô LX. ÉVFOLYAM 2005/11 1

IPv6 kapcsolatok elemzése mobil WiFi környezetben GÁL ZOLTÁN, KARSAI ANDREA, OROSZ PÉTER Debreceni Egyetem Informatikai Szolgáltató Központ (DISZK) zgal@cis.unideb.hu, kandrea@fox.unideb.hu, oroszp@delfin.unideb.hu Kulcsszavak: Internet2, WiFi, L2 és L3 roaming, TCP Slow Start algoritmus, TCP Windowing algoritmus A cikkben egy valós kültéri mobil WiFi rendszer roaming fázisa alatt bekövetkezô folyamatok IPv4 és IPv6 kapcsolatokra kifejtett hatását vizsgáljuk meg. A mobil kliens bázisálomásokhoz viszonyított relatív sebessége és a roaming végrehajtásának kölcsönhatása jelentôsen befolyásolja a TCP kapcsolatokat, miközben kevésbé hat az UDP átvitelre. Az összehasonlító mérésekbôl statisztikai módszerekkel nyert eredmények lehetôvé teszik, hogy valós képet nyerjünk az IPv4 és az IPv6 mobil átvitel esetén tanusított viselkedésére vonatkozóan, valamint választ kaphatunk arra a kérdésre, hogy valóban magasabb minôségû mobil adatátvitelt eredményez-e az IPv6 protokoll vezeték nélküli adatkapcsolati réteg fölött, elôdjéhez, az IPv4- hez képest. 1. Bevezetés Az Internet2 legjelentôsebb elônyeként említhetô az IPv6 feletti szofisztikált mobil szolgáltatások megjelenése és elterjedése. Izgalmas felhasználói és szakmai kérdéskörnek fogalmazódik meg a mobilitás hatásának mértéke a TCPv6, UDPv6 protokollokra épülô szolgáltatások viszonylatában. Ahhoz, hogy ebben a témában a minôségi válasz mennyiségi jellemzôkkel is érzékeltethetô legyen, szükséges olyan összehasonlító mérések elvézése, amelyek elôtérbe helyezik az IPv4 és IPv6 technológiák közötti különbségeket mobil környezetben. A szolgáltatások mûködôképességének biztosítása a csomópont fizikai mozgása közben olyan igény, mely a mai, korszerû hálózatok igény-palettáján joggal jelenik meg. A vezeték nélküli IP telefónia, a vezeték nélküli laptop és a PDA számítógépek fejlôdése erôteljesen ebbe az irányba mutat. A vezeték nélküli LAN-ok mobilitás tulajdonsága újabb hasznos eredményekhez vezet: innovatív alkalmazás fejlesztés: vészjelzések, üzenetek küldése, folyamatos hálózati kapcsolatban álló munkafolyam rendszerek megjelenése; hatékonyság és termelékenység növekedés: a folyamatos hálózati kapcsolódás lehetôvé teszi a munka bárhonnani elvégzését idôkiesés nélkül; adatok megnövelt hitelessége: az adatok bármikor és bárhonnan elérhetôk; rendelkezésre állás: a felhasználó virtuálisan online kapcsolatban maradhat az otthonában, az utcán és a munkahelyén is. Jelen anyagban a mobil WiFi hálózaton kommunikáló IP terminálok különbözô alkalmazásainak mennyiségi összehasonlítását mutatjuk be, magyarázatot adunk a tapasztalt jelenségekre és következtetéseket vonunk le a várható fejlesztési igényekre vonatkozóan. 2. Mobil adatátvitel Mint ismeretes, az IP protokoll v4 és v6 veziója a hagyományos rögzített, huzalos hálózati kommunikáción túlmenôen képes ellátni mobil funkciókat is. A vezeték nélküli adatátviteli kapcsolatok a hálózati réteg számára ugyancsak képesek biztosítani a keretek továbbítását. Ezáltal az IP protokoll verziójától függôen a szállítási rétegben mûködô szolgálatok részére kisebb vagy nagyobb mértékben történik az alsóbb rétegek viselkedésének figyelembe vétele. Az IP protokoll mobil funkciója arra vonatkozik, hogy a terminál kommunikáció közben elmozdul fizikai helyérôl, minek következtében megváltozik a hármas rétegbeli hálózati környezete. Ehhez a meglátogatott új hely- 1. táblázat Az IPv4 és IPv6 összehasonlítása 2 LX. ÉVFOLYAM 2005/11

IPv6 kapcsolatok elemzése mobil WiFi környezetben 2. táblázat Cikkünk témája színen egy foreign agent funkció betöltését biztosító útválasztó egy IP feletti IP alagút segítségével továbbra is kapcsolatban áll a home agent, eredeti útválasztóval [1]. Ezáltal a mozgó terminál az új helyszínen továbbra is képes kommunikálni. Fontos kérdés, hogy az agent processzek közötti interakció mennyire gyors, illetve milyen további terhelést okoz a hálózaton. Az IP protokoll v4 és v6 verziója ebbôl az aspektusból is lényegesen eltérô viselkedést mutat. Ezen tulajdonságokat az 1. táblázatban soroljuk fel. A vezeték nélküli adatkapcsolatok esetén lehetôség van arra is, hogy a mobil terminál ugyanabban az üzenetszórási tartományban maradjon, vagyis a terminál IP címének változása nélkül módosuljon a forgalmazott keretek útvonala. Ez tipikusan az L2 roaming esete, amikor a mobil terminál úgy vált bázisállomást, hogy csak az adatkapcsolati eszközök CAM táblájának tartalma módosul. A cikk valós kültéri mobil WiFi rendszer környezetben egy mozgó jármûben elhelyezett terminál által generált rádiós cellaváltás alatt bekövetkezô roaming folyamat IPv4, illetve IPv6 kapcsolatokra kifejtett hatását vizsgálja meg (2. táblázat). 3. Roaming mechanizmusok A vezeték nélküli LAN-ok lehetôvé teszik, hogy a csomópontok a vállalati hálózathoz virtuálisan kapcsolódjanak. A cellaváltás (roaming) olyan idôben lejátszódó folyamat, amely során a mobil terminál egyik kiszolgáló AP-bázisállomástól egy másik AP-ra csatlakozik rá. Adatkapcsolati (L2) roamingról beszélünk, ha a folyamat azonos alhálózatba tartozó AP-k között történik (1. ábra). Ha a terminál másik alhálózatba tartozó új AP-hoz csatlakozik, akkor hálózati (L3) roamingról beszélünk. Hálózati cellaváltás az adatkapcsolati roaming sikeres lezajlása után következhet be [2]. A cellaváltás mindig a terminál döntésén alapul, amelynek feladata a lehetséges bázisállomások felderítése, az ezekhez tartozó paraméterek értékelése, majd a szóbajövô cellák közül az új kiválasztásának eldöntése. Az adatkapcsolati cellaváltás az alábbi fázisokat foglalja magába: 1) A terminál az A cellából elmozdul a B cellába. A bázisállomások ugyanabban az alhálózatban vannak, így L2 roamingról beszélünk. Ahogy a terminál ki- 1. ábra Az L2 és az L3 roaming LX. ÉVFOLYAM 2005/11 3

HÍRADÁSTECHNIKA lép az A cellából, az APA bázisállomással fennálló kapcsolat paraméterei közül valamelyik átlépi a megadott küszöbértéket, s ez kiváltja a roaming folyamat indítását. 2) A kliens végigelemzi az összes IEEE 802.11-es csatornát, lehetséges bázisállomást keresve. Megtalálja az APB-t, lezajlik a fizikai rádiós csatornán a hitelesítés és az asszociáció folyamata. 3) Az APB a kliens alhálózatába egy nulla tartalmú multicast üzenetet küld, amelynek forrás fizikai címe éppen a mobil terminál címével egyezik meg. Ez alapján a huzalos LAN hálózatban található switch-ek frissítik kapcsolási táblájukat. Így a terminálnak címzett Ethernet keretek ezután nem az APA, hanem az APB bázisállomáshoz kerülnek. 4) Az APB a saját forrás MAC címével küld egy multicast üzenetet, amelyben értesíti az alhálózat összes bázisállomását arról, hogy az adott MAC címû terminál hozzá asszociált. Ahogy az APA ezt megkapja, törli a mobil terminál MAC címét az asszociációs táblájából. Aroaming folyamatot mindig a kliens kezdeményezi, de a folyamatra vonatkozóan még nem létezik IEEE szabvány [7]. A Cisco gyártmányú terminálok esetében az alábbi események váltják ki a roaming folyamat indítását: a) Maximális csomagküldés próbálkozási szám átlépése. Ha a kliens a maximum data retry-ként megadott számú próbálkozás után sem tudja a csomagot elküldeni, elindítja a roaming folyamatot. A Cisco Aironet kliensben ez az érték alapértelmezés szerint 16, és az Aironet Client Utilityben állítható. 2. ábra Az L2 roaming lépései b) Túl sok bacon kihagyása. Minden, bázisállomáshoz társított kliensgép periodikusan kap bacon keretet. Alapértelmezésben 100 milliszekundumonként küld bacon -t a bázisállomás. Ez a periódus egyben konfigurációs paraméter is. A terminál a bacon -ben található érték alapján megtanulja annak periódusát. Amennyiben a terminál nyolc periódus ideig nem kap bacon -t, kezdetét veszi a roaming folyamat. A beérkezô bacon -ök folyamatos figyelésével még egy idle állapotban levô kliens is képes érzékelni a vezeték nélküli kapcsolat minôségének romlását, majd pedig roaming-ot kezdeményezni. c) Átviteli ráta váltása. Normál esetben a rádiós keretek átvitele a bázisállomás alapértelmezett adatátviteli sebességével történik. Ez a ráta a legmagasabb átviteli sebesség, amelyet required vagy enable paraméterként lehet az AP-n beállítani. Minden olyan alkalommal, amikor egy csomagot alacsonyabb sebességgel kell újraküldeni, a retransmit számláló hárommal növekszik. Minden olyan csomag esetében, amikor az alapértelmezett átviteli sebességgel sikerült a továbbítás, ez a számláló eggyel csökken egészen addig, míg a nulla értéket el nem éri. Amennyiben a számláló eléri a 12-es felsô határt, az alábbi események valamelyike következik be: Ha a kliens nem hajtott végre cellaváltást az elmúlt 30 másodpercben, akkor bekövetkezik a gyors cellaváltás (fast roaming). Ha az említett idôn belül roaming-ot hajtott vége, akkor eggyel alacsonyabb fokozatra csökkenti az átviteli rátát. Az alapértelmezett átvitelnél alacsonyabb rátájú sikeres átvitel esetén, egy rövid idô elteltével ismét visszaugrik az eggyel magasabb sebességû üzemmódba. 4 LX. ÉVFOLYAM 2005/11

IPv6 kapcsolatok elemzése mobil WiFi környezetben 3. ábra A fast roaming csatorna keresése d) Periódikus kliens intervallum (opcionális). A Cisco Aironet v6.1-tôl kezdve konfigurálni lehet, hogy a mobil terminál milyen gyakorisággal, illetve milyen jelerôsség mellett keressen jobb vételi minôségû bázisállomást. Ezekkel a beállításokkal a terminál egy jobb térerejû bázisállomást fog keresni feltéve, hogy az alábbi feltételek mindegyike teljesül: A terminál már legalább 20 másodperce asszociált az aktuális AP-hoz. Ez a feltétel megakadályozza, hogy a kliens túl gyorsan kapcsoljon a bázisállomások között. Érvényes értékek 5-255 másodperc. A térerôsség 50%-nál gyengébb. Érvényes intervallum: 0-75%-ig. e) Kliens inicializáció. A terminál bekapcsolásakor és újraindításakor lezajló folyamat. A roaming folyamathoz új bázisállomás keresése szükséges [3]. Ennek érdekében a terminál a rádiós csatornákon scan technika segítségével meghatározza az elérhetô bázisállomások listáját, amelybôl a legjobbat választja ki. A scan technika csatornánként egyegy probe teszt üzenet küldését jelenti, amire probe válasz vagy bacon érkezik a csatornán üzemelô bázisállomástól. Az AP-tól érkezô bacon -öket csak akkor veszi figyelembe a kliens, ha az SSID és a titkosítási beállítások megegyeznek. A keresés befejezése után a listából kiválaszt egy bázisállomást, hogy az elérési paramétereit összehasonlítsa a lista többi tagjával. Ha a terminál kezdeti start-up fázisban van, akkor az új AP a listában elsôként szereplô tag lesz; ha a terminál roaming fázisban van, akkor az új AP a korábbi marad amennyiben válaszolt a teszt probe keretekre. Válasz hiánya esetén a lista elsô tagja lesz az új AP. Az aktuális AP a lista többi elemével összehasonlításra kerül. Ahhoz, hogy egy tag új AP lehessen, minden listabeli AP-nak az alábbi szempontokat kell teljesítenie: A potenciális cél AP jelerôssége legalább 20%. Ha a térerô több mint 20%-kal gyengébb, mint az aktuális AP térereje, akkor legalább 50% jelerôsséggel kell rendelkezzen. Ha a potenciális cél AP repeater módban van, és több rádió hop-ra van a gerinchálózattól, mint az aktuális AP, akkor 20%-kal nagyobb jelerôssége kell, hogy legyen, mint a jelenlegi AP-nak. A potenciális cél AP-nál a küldô egység terheltsége maximum 10%-kal lehet nagyobb, mint a jelenlegi AP esetén. A terminál a felsorolt alapkritériumoknak megfelelô bázisállomásokat összehasonlítja a jelenlegi bázisállomással. Ha egy elfogadott AP teljesít egyet az alábbi feltételek közül, akkor azt a terminál új, aktuális AP-nak választja, majd a lista többi AP-ját már ehhez az újonnan választott AP-hoz hasonlítja a továbbiakban: a jelerôsség 20%-kal nagyobb, mint az aktuális bázisállomásé; kevesebb hop távolság a gerinchez; legalább néggyel kevesebb a kapcsolódott kliensek száma, mint a jelenlegi AP esetén; legalább 20%-kal kisebb a küldô egység terheltsége. A 12.2.(11)JA IOS verziótól kezdôdôen a Cisco fast secure roaming implementáció két újabb lehetôséggel bôvült: egyrészt növelt hatékonyságú a 802.11-es csatornakeresés a fizikai roaming alatt, másrészt hatékonyabb újra hitelesítési mechanizmus jelenik meg, amely fejlett titkosító kulcs menedzsmentet alkalmaz. Függetlenül az alkalmazott biztonsági módszertôl, a hatékonyabb csatornakeresés gyorsabb L2 roaming-ot tesz lehetôvé. Az újrahitelesítés hatékonyságát növelô kulcs menedzsment felgyorsítja a Cisco LEAP hitelesítési folyamatot, így a roaming rövid idô alatt és biztonságosan zajlik le. A Cisco terminálokon és bázisállomásokon az IEEE 802.11 csatornakeresés alapértelmezés szerint egyaránt engedélyezett. A fast secure roaming -ot egy csatornakeresés elôzi meg. A 12.2(11)JA elôtti IOS verziók esetén a kliensnek 37 ms-ot vett igénybe egy rádiócsatorna ellenôrzése, ami a magyar szabványok szerinti 13 csatorna esetén összességében 481 ms-ot jelent. A kliens minden egyes csatorna esetén az alábbi lépéseket hajtja végre: miután a terminál rádiós hardvere ráhangolódik az adott WLAN csatornára, figyel hogy elkerülje az ütközést, majd probe keretet küld és várja a probe response vagy a bacon jelzést. A fast secure roaming esetén hatékonyabb a csatornakeresés: az újrahitelesített kliens informálja az új AP-t a korábbi AP-val való kapcsolat elvesztése óta eltelt idôrôl, a csatornaszámról, és az SSID-rôl. Ezeket az információkat felhasználva, az új AP felépít egy listát a szomszédos bázisállomásokról, és az általuk használt rádiócsatornákról. Ha a szomszédos APkról információt szolgáltató mobil terminál több, mint 10 másodperce kapcsolódott le az elôzô AP-ról, akkor az általa küldött információkat nem veszi figyelembe az új AP. A bázisállomások maximum 30 szomszédos AP-ról tárolnak információt. Ez a lista egy egynapos periódus alatt elévül. Amikor a terminál asszociál egy AP-hoz, az LX. ÉVFOLYAM 2005/11 5

HÍRADÁSTECHNIKA új bázisállomás unicast csomagban visszaküldi számára a szomszédos AP-k listáját. Ha a kliensnek roaming-ot kell végrehajtania, megvizsgálja az aktuális AP-tól kapott listát, és csak azokat a rádiócsatornákat ellenôrzi, melyeket a szomszédos bázisállomások valamelyike használ. A kliensállomás az elfoglaltságától függôen az alábbi három roaming típus egyikét alkalmazza: Normal roam: a kliens nem kapott és nem küldött unicast csomagot az elmúlt 500 ms-ban. Nem használja az AP-tól kapott listát, ellenôrzi az adott térségben érvényes összes 802.11-es csatornát. Fast roam: a kliens kapott vagy küldött unicast csomagot az elmúlt 500 ms-ban. A szomszédos AP-k által használt csatornákat ellenôrzi. Ha nem talál új AP-t a lista alapján, átvizsgálja az összes csatornát. A kliens 75 ms-ra korlátozza a keresési idejét, ha legalább egy jobb AP-t tudott találni. Very fast roam: a kliens kapott vagy küldött unicast csomagot az elmúlt 500 ms-ban, és nullánál nagyobb százalékkal növeli az adott cella terheltségét. A többi esemény a fast roaming -gal megegyezô kivéve, hogy jobb bázisállomás találata esetén a keresés azonnal befejezôdik. A méréseinkhez olyan eszközparkot használtunk, amely a fenti három roaming típus bármelyikét végre tudja hajtani. 4. Mérési környezet Az IPv4 és IPv6 protokollok viselkedését mobil környezetben úgy vizsgáltuk, hogy egy kültéri teszt WiFi rendszert állítottunk össze. Ez IEEE 802.11b szabvány szerint mûködô két darab egymástól 100 méteres távolságon huzalos Ethernet kapcsolattal összekötött bázisállomásokból és egy mobil terminálból (kliensbôl) állt. Mint ismeretes a 11 Mbit/s-os WiFi szabvány is támogatja a roaming funkciót. Ugyanakkor a vezetéknélküli adatátvitel sebessége erôteljesen függ a bázisállomás és a kliens közötti távolságtól. A mobil WiFi terminál mozgás közben közeledik, majd távolodik a bázisállomástól. Ez az adatkapcsolati rétegben az átviteli sebesség automatikus váltását okozza a 0:1:2:5,5:11 Mbit/s-os értékek között. Alapértelmezés szerint roaming esetén 11:5,5:2:1:0:1:2:5,5:11 Mbit/s-os sebességértékek mellett történik az átvitel. A mi esetünkben az átviteli sebességet 11 Mbit/s-ra rögzítettük, ezáltal a térerô változása kényszerítette a terminált a roaming kezdeményezésére. A szállítási réteg különbözô protokolljainak viselkedését figyeltük, miközben a mobil terminál egy autóban a roaming idején konstans sebességgel mozgott a bázisállomások közötti iránnyal párhuzamos útvonalon. A szerver oldalon az Ethereal snoop programot futtattuk, amely az adatkapcsolati réteg minden egyes keretét idôbélyeggel letárolta és további analizálásra adott lehetôséget. Roaming idején az adaforgalom iránya fontos, hiszen a huzalos (down) vagy a vezeték nélküli (up) oldalon a roaming miatt pufferelést végzése szükséges, ami szignifikánsan befolyásolja a TCP kapcsolatok mûködését. Az ICMP üzenetek méretét úgy választottuk meg, hogy a spay ping esetén 64 bájt, 1500 bájt, illetve 32 kilobájt méretû legyen az adatkapcsolati keret mérete. Ennek jelentôsége a minimális, maximális keretméret (MTU), illetve az IP csomag szegmentálásánál van. Az autó sebessége a két bázisállomás közötti szakaszon konstans volt és a lakott területen szokásos értékek szerint közlekedtünk (10 km/h, 30 km/h, 50 km/h). 4. ábra A mérési környezet 6 LX. ÉVFOLYAM 2005/11

IPv6 kapcsolatok elemzése mobil WiFi környezetben 5. Mért jellemzôk, értelmezés 3. és 4. táblázat A capture programmal vételezett keretsorozatból értelmezni lehet a roaming folyamat jelzését, valamint a szállítási réteg forgalmát. Ezáltal mérhetôvé vált a roaming R[ms], illetve az ebbôl származó forgalom kiesés T[ms] idôtartama. A TCP kapcsolatok Slow Start és Windowing algoritmusa alapján valósul meg a nagyméretû fájlok továbbítása FTP-vel. Az adatkapcsolati réteg átviteli sebességének változása a window méretének szabályozását teszi szükségessé. A WiFi átviteltechnika roaming fázisának idôtartama erôteljesen befolyásolja a TCP hatásfokát. Az UDP átvitel a jellegébôl adódóan sokkal alkalmazkodóbb természetû. Másodpercenként 100 csomagot küldtünk a spay ping segítségével, amely a csomagmérettôl (64 bájt, 1500 bájt, 32 kbájt) függôen a rádiós csatornát 0,93%, 21,82%, illetve 100%-ig terhelte. A mért paraméterek alapján a következô megállapításokat tehetjük: ➊ Ethernet alapértelmezett MTU alatti keretméret (1500 bájt) esetén az ICMPv4 roaming ideje csökken a 6. ábra Mért paraméterek (R[ms], T[ms]) sebességgel, míg MTU feletti keretméret esetén ugyanez növekvô tendenciát mutat. Szegmentációnál több idôbe telik a csomagok sorrendjének visszaállítása. Az ICMPv6 roaming ideje minden keretméret esetén gyakorlatilag csökken a sebességgel. Ez az IPv6 közegérzékelô tulajdonságának tulajdonítható. ➋ Ethernet alapértelmezett MTU keretméret alatt az ICMPv4 forgalom kimaradása a sebességtôl független, de a szegmentáció az idôkésleltetést csökkenti. A lát- 5. ábra A roaming folyamata LX. ÉVFOLYAM 2005/11 7

HÍRADÁSTECHNIKA 7. ábra Roaming keretméret függése ICMPv4 esetén 8. ábra Roaming keretméret függése ICMPv6 esetén szólag ellentmondásos hatás a csatorna folyamatos terhelésével magyarázható. Az ICMPv6 esetén erôteljes ingadozás tapasztalható a sebesség függvényében. Ennek oka az IPv6-nak az L2 rétegtôl való lekapcsolódása miatt adódik. Ezt a lekapcsolódást az IPv4 nem teszi meg, így kevésbé érzékeny az ICMPv4. szignifikánsan nagyobb adatkiesést szenved, mint a feltöltés esetén. Ez abból adódik, hogy a TCPv4 sokkal gyorsabban változtatja a window méretét, ebbôl következôen letöltéskor sok adat elvész a régi bázisállomás irányába küldött jelentôs mennyiségû keretszám miatt. 9. ábra Roaming hatása az UDPv4-re 10. ábra Roaming hatása az UDPv6-ra ➌ A forgalom kimaradás ICMPv4 esetén másfél másodperccel, ICMPv6 eetén pedig csak egy másodperccel hosszabb, mint a roaming idôtartama. Kis keretméret esetén kevésbé függ a sebességtôl az ICMP forgalom kimaradása, míg nagyobb keretméretek esetén csak az ICMPv6 érzékeny a sebességre. ➍ Aforgalom kimaradás TCPv6 esetén független az adatfolyam irányától. TCPv4 esetén azonban a letöltés ➎ A TCPv4 nagyobb window mérettel és lassúbb dinamikával dolgozik, míg a TCPv6 kisebb ablakméreteket alkalmaz és gyorsan szabályozza. Emiatt az TCPv6 jobban viseli a WiFi környezet roaming eseményeit, csökkentve ezáltal a forgalom kieséseket. ➏ A TCPv4 forgalom kimaradása lefelé irányú adatforgalom esetén függ a mobil terminál mozgási sebességétôl. 50 kilométeres óránkénti sebességnél akár 9,2 11. ábra Roaming TCP letöltésnél 12. ábra Roaming TCP feltöltésnél 8 LX. ÉVFOLYAM 2005/11

IPv6 kapcsolatok elemzése mobil WiFi környezetben 13. ábra Roaming hatása a TCP-re letöltésnél 14. ábra Roaming hatása a TCP-re feltöltésnél sec kiesést is képes produkálni. Ez lehetetlenné teszi a gyors jármûvekbôl történô folyamatos kommunikációt. TCPv6 lefelé forgalomnál ez az érték gyakorlatilag független a mozgási sebességtôl és 3,8 sec alatt marad. ATCPv4 forgalom kimaradása felfelé irányú adatforgalomnál kis mértékben módosul a terminál sebességével, míg ugyanez TCPv6 esetén jelentôsen változik. 6. Összefoglalás A mobil kliens bázisálomásokhoz viszonyított relatív sebessége és a roaming végrehajtásának kölcsönhatása jelentôsen befolyásolja a TCP kapcsolatokat, miközben kevésbé hat az UDP átvitelre [5,6]. Az összehasonlító mérésekbôl statisztikai módszerekkel nyert eredmények lehetôvé teszik, hogy valós képet kapjunk az IPv4 és az IPv6 mobil átvitel esetén tanusított viselkedésére vonatkozóan, valamint választ kaphatunk arra a kérdésre, hogy valóban magasabb minôségû mobil adatátvitelt eredményez-e az IPv6 protokoll vezeték nélküli adatkapcsolati réteg fölött elôdjéhez, az IPv4-hez képest. A hagyományos elektronikus alkalmazások az IPv4 protokoll best effort jellege miatt lassúbb átvitelt biztosítanak mobil WiFi környezetben, míg az IPv6 protokoll az alsóbb rétegekhez történô gyors adaptáció miatt hatékony átvitelt képes biztosítani. Az idôérzékeny alkalmazások (IP telefon, videokonferencia stb.) az IPv4 protokoll QoS korlátai miatt mobil WiFi környezetben nagy kieséseket szenvednek, így a minôség elfogadhatatlan. Az IPv6 gyors adaptációja miatt a kiesések kisebbek, ezért a jelenlegi mobil WiFi környezetben fast roaming esetén közel elfogadható minôségû infokommunikációs szolgáltatások használhatók [4]. A témával kapcsolatosan további elemzési lehetôség a lakott területen kívüli környezetben, nagyobb mozgási sebességgel haladó mobil terminálok (autópályán, vonaton) adatkommunikációs szolgáltatásainak minôségét befolyásoló tényezôk feltárása és értelmezése. Egyértelmûen körvonalazódik, hogy a vezeték nélküli kapcsolatok mobil funkcióinak kiaknázásához halaszthatatlan egyrészt a roaming folyamat gyorsítása, másrészt pedig az IPv6 feletti speciális alkalmazások kifejlesztése. Irodalom [1] Microsoft TechNet, The Cable Guy Sept-2004: Introduction to Mobile IPv6, http://www.microsoft.com/technet/community/ columns/cableguy/cg0904.mspx [2] Charles E. Perkins, Sun Microsystems: Nomadicity: How mobility will affect the protocol stack, http://www.computer.org/internet/v2n1/nomad.htm [3] Microsoft Corporation: Understanding Mobile IPv6, http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx? FamilyID=f85dd3f2-802b-4ea3-8148-6cde835c8921 &displaylang=en [4] Ye Tian, Kai Xu, Nirwan Ansari: TCP in Wireless Environments: Problems and Solutions, IEEE Radio Communications, March 2005. [5] Gál Zoltán, Karsai Andrea: Videokonferencia rendszerek minôségi garancia jellemzôinek elemzése, NetworkShop 2004 konferenciakiadvány, Széchenyi István Egyetem, Gyôr, 2004. április 5-7. [6] Zoltán Gál, György Terdik: Multifractal Study of Wireless and Wireline Datanetworks, 8th International Conference on Advances in Communications and Control, Telecommunications/Signal Processing Proceedings, Crete, Greece, 25-29 June 2001. [7] Cisco Systems, Inc.: Cisco Fast Secure Roaming technical paper. LX. ÉVFOLYAM 2005/11 9

A következô generációs mobil hálózatok fejlôdési tendenciái PÉTERFALVI GÁBOR, POZSÁR BALÁZS, SIMON VILMOS, HUSZÁK ÁRPÁD, IMRE SÁNDOR BME Híradástechnikai Tanszék, Mobil Távközlési és Informatikai Laboratórium {petergab, pozsy, svilmos, huszak, imre}@mcl.hu Kulcsszavak: következô generációs mobil hálózatok, mobil multimédia, QoS A mobil távközlési piac nagy mértékû fellendülése túlnyomórészt a mobil beszédszolgáltatás növekvô népszerûségének volt köszönhetô az elmúlt évtizedben. Elérve a lehetséges mobil felhasználók számának felsô korlátját, már nem várhatjuk a hálózati forgalom további növekedését csupán a beszéd alapú szolgáltatástól, így a jövôben egyre inkább a multimédia továbbítása fogja adni a hálózati terhelés nagy részét. A multimédia ilyen arányú megjelenése a forgalomban, nagy mennyiségû adat továbbítását követeli meg a hálózat peremén, a hozzáférési hálózatban is, ami által egyre nehezebb lesz garantálni a megfelelô szolgáltatás-minôségi paramétereket (QoS). Sok szakvélemény szerint a 3G hálózatok nem lesznek alkalmasak igazán szélessávú multimédia alkalmazások használatára, ezért már sok kutató a 4G irányában fejti ki érdeklôdését. Ezekrôl a tendenciákról adunk most áttekintést; olyan új igényekrôl, melyek szükségessé teszik a jövôben a 4G hálózatok kialakítását, és hogy jelenleg milyen technológiai lehetôségek állnak rendelkezésünkre ezen hálózatok megvalósításához. 1. Bevezetés Az elôzô évtizedben tanúi lehettünk a mobil telekommunikációs hálózatok hihetetlen gyors fejlôdésének. A kezdetben analóg rendszereket (1G) hamar felváltották a második generációs (2G) hálózatok, mint például a GSM vagy az IS-95, melyek a jó minôségû hangtovábbítás mellett már kis bitsebességû adattovábbítást is lehetôvé tettek. A 2G technológia, élen az európai GSM megvalósítással, a 90-es években igazi sikertörténet volt, és az új évezred hajnalán élte fénykorát. Napjainkban folyik az áttérés a 2G-rôl az Európában UMTS, az USA-ban CDMA-2000, Japánban W-CDMA néven futó harmadik generációs mobil hálózatokra (3G), melyek új kódolási, mobilitási megoldásokkal, nagyobb bitsebességgel próbálják kielégíteni a 21. századi társadalom megnövekedett igényeit. A fejlôdés nem állhat meg. Annak ellenére, hogy a 3G hálózatokat még csak néhány országban valósították meg, egyre inkább elôtérbe kerülnek a következô, negyedik generációs hálózatok (4G) tervezési-megvalósítási kérdései is. Ennek okai a sávszélesség, a mobilitás, a minôség további növelésének alapvetô igénye, új ultra-szélessávú szolgáltatások bevezetése, valamint olyan fejlôdési trendek, mint például a mindenütt jelenlevôség (ubiquity), vagy a globalitás, melyek a 3G fejlesztésénél még nem voltak tervezési szempontok. Cikkünkben szó lesz azokról a fejlôdési tendenciákról melyek napjainkban és a közeljövôben a mobil hálózatok területén irányadónak mutatkoznak; a 3G hálózatok lehetôségeinek határáról; olyan új igényekrôl, elvárásokról melyek szükségessé teszik a jövôben a 4G hálózatok kialakítását; végül bôvebben kifejtjük, hogy jelenleg milyen technológiai lehetôségek állnak rendelkezésünkre ezen elvárásokat kielégítô 4G hálózatok megvalósításához. 2. A mobil hálózatok fejlôdési iránya ma és a közeljövôben A mobil telekommunikációs piac óriási fejlôdése a 90-es években a mobil beszédszolgáltatás futótûzszerû terjedésének volt köszönhetô világszerte. Egyre többen vásároltak mobil készüléket, és éltek a mobilitás nyújtotta lehetôségekkel. Ennek eredményeképpen például Japánban 2000-re a mobil elôfizetések száma meghaladta a vezetékes elôfizetésekét. Azonban, ha már egy ország minden lakosának van mobil készüléke, akkor nem várhatjuk az elôfizetések, vagy a hálózati forgalom további növekedését csupán a beszéd alapú szolgáltatástól. A mobil hálózatok fejlôdésének fenntartásához új irányelvekre van szükség. Ezek a következôk: 2.1. Új valósidejû, multimédiás szolgáltatások bevezetése Ha egy szóval kellene kifejeznünk, hogy manapság mi a mozgatórugója, lendkereke a vezetékes és vezeték-nélküli hálózatok fejlôdésének, akkor valószínûleg sokunk azt mondaná: a multimédia. Valóban, a hang-, kép- és videófájlok hatalmas mennyiségû forgalma kezd uralkodóvá válni az Interneten, valamint a vezeték-nélküli hálózatokban is kezd megjelenni az alapvetô hangátvitel mellett a kisfelbontású képek és videók továbbítása. Az erre épülô szolgáltatások például az MMS már megjelentek a 2G mobil hálózatokban. A multimédiás szolgáltatások nagyban növelik a hálózati forgalmat, és ez által a szolgáltatók bevételeit is, így finanszírozzák a jövôbeli befektetéseket. A 3G hálózatokban ez a tendencia egyre inkább jellemzô lesz, és folytatódni fog a jövôben is. A szabványosított interfészeknek (Parlay) köszönhetôen bárki fejleszthet majd olyan alkalmazásokat, melyek a mobil terminálokon futva igénybe veszik a hálózat szolgáltatásait. Egyre újabb, már 10 LX. ÉVFOLYAM 2005/11

A következô generációs mobil hálózatok valósidejû multimédiás szolgáltatások jelennek meg, melyek azonban már jóval nagyobb követelményeket támasztanak a kiszolgáló hálózattal szemben. A hôn áhított nagyfelbontású mobil videokonferencia szolgáltatás például 2G rendszerekben semmiképpen, de lehet, hogy még 3G rendszerekben sem lesz megvalósítható. 2.2. Mindenütt jelenlevô mikro-mobil terminálok Egy másik lehetôség a bevételek növelésére a mindenütt jelenlevô mobil terminálok térhódítása lehet. A jövôben már nem csak közvetlenül emberek használhatják majd a hálózatot, hanem minden, ami mozog, például gépek vagy állatok. Az autónkba épített fedélzeti számítógép például magától letölti a legújabb programokat az éppen elérhetô mobil hálózatról, az intelligens bôröndünk jelzi, hogy éppen melyik repülôtéren várakozik, vagy a kutyánk nyakába akasztott mikro-mobil terminál tájékoztat majd bennünket, hogy a házi kedvenc éppen merre kóborol. A hálózathoz csatlakozó terminálok száma így nagyságrendileg is nôhet, ami teljesen új kihívásokat jelent a jövôbeli hálózatok tervezésénél [1]. 2.3. Globális és lokális hálózati átjárhatóság Globális hálózati átjárhatóságon itt azt értjük, hogy például az Európában használt mobil készülékek használhatóak legyenek Amerikában, vagy Japánban is. Ha például valaki felszáll Londonban egy repülôgépre és elutazik New York-ba, akkor ugyanúgy használhassa azt az USA-ban is. A globális, kontinenseken átívelô barangolás (roaming) megvalósítására, például UMTS és CDMA-2000 között IP szinten már születtek megoldási javaslatok [2]. Az IP alatti rétegekben, többek között a különbözô kódolási, sávkiosztási, menedzselési eljárások eltérése miatt ez a probléma remélhetôleg szoftver-rádió segítségével megoldhatóvá válik. Az átjárhatóság feltétele tehát a jelenleg még kontinensenként különbözô hálózati technológiák teljes konvergenciája. Ehhez globális, mindenki által elfogadott hálózati architektúrák és protokollok szükségesek, melynek megvalósítása manapság még futurisztikusnak tûnik. A lokális hálózati átjárhatóság azt jelenti, hogy egy mobil terminál egyidejûleg hozzáférhessen különbözô technológiákat alkalmazó vezeték-nélküli hálózathoz. Ez arra ad lehetôséget, hogy akár a felhasználó, akár a mobil készülék önállóan kiválassza az adott pillanatban igénybe vett szolgáltatáshoz a sávszélességben, költségben leginkább megfelelô hálózatot. Például, ha az elôfizetô megérkezik a munkahelyére, és ott ingyenes WLAN áll rendelkezésére akkor mobil készüléke váltson át az éppen használt cellás hálózatról az ingyenes, nagyobb bitsebességû WLAN-ra, anélkül hogy az éppen igénybe vett szolgáltatás megszakadna. Akülönbözô hálózati technikák közötti váltást Vertical Handover-nek (VHO) nevezzük. A VHO lehetôvé teszi a mindig a legmegfelelôbb hálózathoz való hozzáférés (Allways Best-Connected Network, ABCN) megjelenését. Tekintsük most át, hogy a fentiekben bemutatott fejlôdési tendenciák milyen általános technológiai elvárások elé állítják a jövô hálózatait. 3. Technológiai elvárások a jövô vezeték-nélküli hálózataival szemben Mint azt az elsô pontban láttuk, a jövôben egyre inkább a multimédia továbbítása fogja adni a hálózati terhelés nagy részét. A multimédia ilyen arányú megjelenése a forgalomban, nagy mennyiségû adat továbbítását követeli meg a hálózat peremén, a hozzáférési hálózatban is. Mobil hálózatok esetében ez a rádiós interfész (RI) nagymértékû terhelését vonja maga után, és így az RI sávszélessége szûk keresztmetszete lehet a multimédiás szolgáltatásoknak. Alapvetô elvárás tehát a sávszélesség drasztikus növelése. Egy másik hasonlóan fontos elvárás az újgenerációs hálózatokkal szemben a szolgáltatás minôségének (QoS Quality of Service) biztosítása. Azonban a hagyományos IP alapú, csomagkapcsolt hálózatok, ahogy az Internet is csak best-effort minôségû szolgáltatásokat biztosítanak. Ez azt jelenti, hogy mindent megtesznek a csomagok gyors továbbításáért, de nem várhatjuk el a hálózattól, hogy megfeleljen olyan konkrét minôségi paramétereknek, mint például a csomagok maximális késleltetése. Azonban fôleg a valósidejû szolgáltatások, mint a fent említett videokonferencia is, kifejezetten érzékenyek a sávszélesség ingadozására, vagy a csomagok késleltetésére. Ahhoz tehát, hogy ilyen szolgáltatásokat biztosíthassunk az elôfizetôknek, magas szintû QoS-t kell biztosítanunk az adatforgalom számára [3]. Vezetéknélküli hálózatok esetében a QoS biztosítása szorosan összefügg a mobilitás egyszerû és gyors kezelésével mind RI, mind gerinchálózati, IP szinten. Cellás hálózatok esetében például a cellaváltások (handover, HO) kezelése súlyos problémákat vet fel a QoS biztosításában. Cellaváltásnál meg kell szakítani az öszszeköttetést a régi bázisállomással, és kapcsolatot kell létesíteni az újjal. Ez a hálózati szolgáltatás rövid idejû kiesését is jelentheti. Soft HO esetén is amikor az új kapcsolat felépüléséig a régi megmarad, tehát elvileg nincs kiesés a HO-t kezelô jelzésüzenetek az új cím megszerzéséig komoly késleltetést, és bitsebességcsökkenést okozhatnak a hasznos forgalomban. A valósidejû csomagkapcsolt szolgáltatások bevezetéséhez tehát csökkenteni kell a HO okozta járulékos hálózati terhelést az RI-n. Ahhoz, hogy a vezetékes hálózatoknál jól bevált IP protokollt mozgó eszközök esetében is használhassuk, IP szinten kell megvalósítani a mobilitást. A már létezô megoldások a Mobil IPv4 és Mobil IPv6 protokollok azonban még továbbfejlesztésre szorulnak, például az alhálózat-mobilitás és a személyi mobilitás terén. AIPszintû mobilitás kezelésének gyorsítására több javaslat is született, például a Hierarchikus Mobil IP, és a Regionális regisztráció [4]. LX. ÉVFOLYAM 2005/11 11

HÍRADÁSTECHNIKA A különbözô hálózati architektúrák konvergenciája napjainkban egyre inkább felgyorsul. A konvergencia kulcsa az IP protokoll, mely összekapcsolja a különbözô célokra, különbözô technológiákkal és protokollokkal megvalósított hálózatokat. A jövôben megvalósulnak olyan All IP hálózatok, amelyekben mind az adat, mind a beszéd IP csomagokban lesz továbbítva. Ehhez többek között mobil hozzáférés esetén is meg kell valósítani a VoIP (Voice over IP)-t. Az All IP hálózatok kialakítása alapvetô fontosságú a globális és lokális hálózati átjárhatóság megvalósításához. Az All IP hálózatok megjelenése azonban még nem elegendô a globális átjárhatóság és a vertical handover megvalósulásához. Ehhez ugyanis az IP alatti rétegekben továbbra is technológiai átváltásra van szükség, hiszen az elérhetô rádiós interfészek fizikai és adatkapcsolati paraméterei különbözhetnek. Ezt a problémát szoftver-rádió alkalmazásával lehetne megoldani. Végül ahhoz, hogy a második pontban bemutatott mindenütt jelenlevôség kialakulhasson, amellett, hogy csökkenteni kell az elôfizetôi díjakat, nagy mennyiségû új hálózati elemet kell telepíteni a nagyszámú terminál kiszolgálásához. Ehhez nagy kapacitású, olcsó átviteli technikákat kell alkalmazni. Az átlagos átviteli bitköltség csökkentése tehát alapvetô feltétele annak, hogy az új szolgáltatások széles körben elterjedhessenek. A fejlôdési irányok és a szükséges technológiai elvárások kapcsolatát az 1. ábra mutatja. 4. Mit nyújt a 3G? Ebben a fejezetben áttekintjük, hogy a fent felsorolt technológiai elvárásokból a 3G hálózati architektúrák és szolgáltatások alapján mi valósult meg idáig. 4.1. 3G hálózati architektúrák, és technikák A 90-es évek végén kezdôdött a 3G hálózatok szabványosítása, melyre két nemzetközi szervezet alakult: a 3GPP (Third-Generation Partnership Project), és a 3GPP2. A két megvalósítási javaslat több szempontból eltért, az alkalmazott rádiós hozzáférési technológiában például a 3GPP a WCDMA, míg a 3GPP2 a CDMA-2000 technológiát javasolta. Az UTRAN (UMTS Terrestial Radio Network)-ban alkalmazott WCDMA esetében a többszörös hozzáférést az ortogonális Walsh-Hadamard kódok által megvalósított szórás (spreading) biztosítja. A mobil terminál által adni kívánt bitsorozatot egy ortogonális kódsorozattal szorozzuk meg, melynek frekvenciája SF (Spreading Faktor) egészszámú többszöröse az eredeti bitsorozat frekvenciájának. A megszorzott kód egy bitje a chip. Adáskor a chip-sebesség állandó 3.84 Mchip/sec, tehát a bitsebességet az SF szám határozza meg. Mennél több terminál akar egyszerre adni a frekvenciasávban, annál nagyobb mértékû (nagyobb SF) szórást kell alkalmazni, hogy a jel-zaj arány ne romoljon, és a vétel még lehetséges legyen, ez pedig a bitsebesség csökkenését jelenti a terminálok számára. Ennek köszönhetôen nincs éles felsô korlát az egyidejûleg aktív terminálok számára, mivel az csak a még elfogadható jel-zaj aránytól függ. Az elérhetô legnagyobb bitsebességek vonalkapcsolt átvitelnél 384 kbit/sec, míg csomagkapcsolt átvitel esetében 2 Mbit/sec [5,6]. A CDMA-2000 technológiában az egy vivôre jutó chip-sebesség kisebb: 1.2288 Mchip/sec; itt a bitsebességet több vivôfrekvencia (maximum három) használatával (Multi Carrier üzemmód) lehet növelni. Mint láttuk a 3GPP és a 3GPP2 által javasolt rádiós technikák elsôsorban üzleti megfontolások miatt eltérnek. Abban azonban a két szervezet egyetértett, hogy 1. ábra Fejlôdési irányok és technológiai elvárások 12 LX. ÉVFOLYAM 2005/11

A következô generációs mobil hálózatok 2. ábra UMTS és CDMA-2000 architektúrák a 3G hálózatoknak folyamatos fejlôdés útján kell létre jönniük. Ez azt jelentette, hogy a 3G minél többet használjon fel a már létezô 2G hálózati architektúrákból (GSM, GPRS, és az amerikai IS-41). Erre elsôsorban gerinchálózati szinten volt lehetôség, mivel a bitsebesség növelése érdekében az RI-n mindenképpen változtatni kellet. Ennek értelmében például Európában az UMTS kiépítésénél nem sokat változtattak a vonalkapcsolt GSM, és az IP alapú csomagkapcsolt GPRS gerinchálózati alapokon. Az UMTS és CDMA-2000 hálózati architektúrák váza a 2. ábrán látható. 4.2. 3G szolgáltatások A 3G szabványosításakor a következô szolgáltatások megvalósítását tûzték ki célul: új multimédiás és valósidejû szolgáltatások bevezetése; a mobil Internet-hozzáférés lehetôségeinek kiterjesztése (például Internetes vásárlás); lokális információt nyújtó, adatszóró ill. streaming szolgáltatások bevezetése; a vezetékes telefonszolgáltatással ekvivalens beszédátviteli minôség nyújtása; váltás különbözô rádiós technológiákat használó hálózatok között (VHO). Az elsô 3G szolgáltatás-csomag: a FOMA Az elsô kezdetleges 3G szolgáltatásokat 1999. februárjában vezették be Japánban. A FOMA (Freedom of Mobile Multimedia Access) szolgáltatás-csomag mely már W-CDMA átviteli technológiát alkalmazott akkor nagy újdonságnak számított világszerte, mára pedig több mint 36 millió elôfizetôje van Japánban. Az azóta továbbfejlesztett FOMA nyújtotta szolgáltatásokat az 1. táblázat mutatja. Mint az a táblázatból látható, a FOMA már képes többféle multimédiás és valósidejû szolgáltatás nyújtására, például a kisfelbontású videotelefon szolgáltatásra. Beszédátviteli minôsége megegyezik a vezetékes telefonszolgáltatás minôségével, és nagysebességû adathozzáférést biztosít. UMTS szolgáltatások Az UMTS-ben a szolgáltatások négy forgalmi osztályba sorolhatók, az alapján, hogy megvalósításukhoz milyen minôségû adattovábbításra van szükség: 1. A valósidejû szolgáltatások osztályába tartozik természetesen a hagyományos beszédszolgáltatás, a videótelefónia, valamint a valósidejû Internetes játékok. Ezek a szolgáltatások különösen érzékenyek a késleltetésre, és a sávszélesség ingadozásra. Jelenleg ezek a szolgáltatások, ahogy a FOMA esetében is még csak viszonylag alacsony bitsebességen vehetôk igénybe. Ez a beszédszolgáltatás esetében nem nagy probléma, mivel az átlagos bitsebesség-igénye nem nagy, ezért az alkalmazott AMR (Adaptive Multi-Rate) hangátviteli technológia el is éri a kitûzött PSTN minôséget. Videó-telefónia esetében azonban a mozgóképátvitel jelenleg csak kis felbontásban oldható meg. 1. táblázat FOMA szolgáltatások LX. ÉVFOLYAM 2005/11 13

HÍRADÁSTECHNIKA 2. Streaming-en általában azt értjük, amikor egy multimédia file lejátszását már a letöltés alatt megkezdjük. Ez elsôsorban azért kényelmes, mert nem kell megvárni, míg sikerül letölteni az egész fájlt, valamint gyengén valósidejû (több másodperces késleltetés sem zavaró) VoD (Video on Demand) mûsorszórásra is alkalmas. Mivel ennél az osztálynál a valósidejûség már nem olyan szigorú elvárás, ezért például buffereléssel kiküszöbölhetô a sávszélesség kismértékû ingadozásának hatása. 3. Az interaktív osztályba tartoznak a web-böngészés, a lokális szolgáltatások, a távoli adatbázis hozzáférés, és különféle egyéb kliens-szerver szolgáltatások. Ezek a szolgáltatások általában a kérés-válasz (request-response) kiszolgálási sémára épülnek, a körbefordulási késleltetés tehát kritikus lehet ezeknél a szolgáltatásoknál is, bár valósidejûnek már nem nevezhetôk. 4. A háttér osztályba olyan szolgáltatások tartoznak, melyeknek adatátviteli igényeivel elég akkor foglalkozni, amikor a magasabb szintû szolgáltatások nem terhelik a hálózatot. Tipikusan ebbe az osztályba tartoznak az e-mail, SMS, és elektronikus képeslap vagy MMS továbbítás. Ezeknél a szolgáltatásoknál a késleltetés lehet több perc vagy óra is. 4.3. További fejlesztési lehetôségek a 3G-ben A Parlay csoport A Parlay Csoport 1998-ban több nemzetközi vállalat összefogásával alakult, melynek célja olyan API-k (Application Program Interface) definiálása volt, melyek támogatják a külsô alkalmazásokat a hálózatban. A Parlay Csoport egy olyan biztonságos és gazdag API csomagot fejlesztett, mely biztosítja a skálázhatóságot és a bôvíthetôséget. A Parlay API lehetôvé teszi a hálózati operátorok, szolgáltatók, általános software-fejlesztôk számára, hogy telekommunikációs szolgáltatásokat integráljanak bármely IT szoftverjükbe, így biztosítva a titkos és valósidejû kommunikációt. A Parlay Csoport célja a telekommunikációs piac lehetôségeinek kiterjesztése volt, ugyanúgy, ahogy a PC megjelenése teret nyitott a szoftver-fejlesztôknek új kreatív és innovatív programok készítésére. A Parlay API technológiafüggetlen interfészek egy olyan halmazát definiálja, mely metódusokat, eseményeket, paramétereket, és ezek szemantikáját határozza meg, úgy hogy külsô (nem megbízható harmadik fél), és belsô (megbízható hálózat operátor) alkalmazásfejlesztôk hozzáférhessenek a gerinchálózat erôforrásaihoz és lehetôségeihez. A Parlay API-k tehát lehetôvé teszik az új szélessávú multimédiás szolgáltatások gyors megjelenését, azáltal, hogy kisebb, vagy nem mobil-szolgáltatással foglalkozó szoftver-fejlesztô cégek is fejleszthetnek ilyen szolgáltatásokat [7]. Szoftver-rádió A kommunikációs technológiák gyors fejlôdésének köszönhetôen a rádiós rendszerek egyre nagyobb részét valósítják meg szoftver alapon. A szoftver-rádió egy olyan rádiós eszköz, melynek csatorna-modulációs hullámformái szoftverben definiáltak. Tehát a hullámformák szoftveresen generáltak, melyekbôl egy szélessávú DAC (digitális-analóg átalakító) készít analóg jeleket. A vevô egy szélessávú ADC-n (analóg-digitális átalakító) alapul, és az így kapott digitális jel konverzióit és demodulációját már a processzoron futó software végzi. A szoftver-rádiókban a különbözô mobil hozzáférési szabványoknak az alkalmazott függvények különbözô paraméterlistái felelnek meg. Ezáltal lehetôvé válik a különbözô hozzáférési technológiák közötti gyors váltás, ami nélkülözhetetlen a VHO megvalósításához. Az így kapott software által meghatározott rádió lényegében egy jól programozható hardware, amely a programozhatósága által nagyon rugalmas. Ez a rugalmasság egyszerûsíti az architektúrát, növeli a kompatibilitást, és lehetôséget ad új technológiák könnyebb bevezetésére [8]. 4.4. A 3G határa Láttuk, hogy az elsôdleges elvárás, az RI sávszélességének növelése megvalósult a 3G-ben, köszönhetôen a W-CDMA és CDMA-2000 technológiáknak. Ez természetesen minimális követelménye volt a multimédiás szolgáltatások bevezetésének. Azonban annak ellenére, hogy az új kódolási megoldásokkal akár 2 Mbit/ sec adatátviteli sebesség is elérhetô csomagkapcsolt esetben, a 3G valósidejû szolgáltatások bitsebessége általában 384 kbit/sec alatt marad. Ez azért van így, mert a valósidejû szolgáltatásokat a 3G-ben továbbra is vonalkapcsolt átvitellel oldják meg, a hagyományos 2G vonalkapcsolt gerinchálózati architektúrán. Ennek oka pedig az, hogy 3G-ben még nem sikerült megfelelôen megoldani a valósidejû csomagkapcsolt átvitelhez szükséges QoS biztosítását, és az ezzel szorosan öszszefüggô mobilitást (HO-k) sem. Tehát a valósidejû továbbítást igénylô adatokat nem tudjuk a nagyobb teljesítményû, IP alapú, csomagkapcsolt gerinchálózaton továbbítani. A globális és lokális hálózati átjárhatóság szinte teljes hiánya a 3G hálózatokban ugyanerre a problémára vezethetô vissza. Napjainkban kezdenek megjelenni olyan mobil készülékek, melyek már több különbözô RIt támogatnak, ezekkel a VHO elviekben már megvalósítható lenne. Több szolgáltatás azonban továbbra sem vehetô igénybe, bármilyen hozzáférôi hálózat alkalmazásával. Ha például telefonálunk egy UMTS hálózaton keresztül, és közben beérünk egy ingyenes IP alapú WLAN hálózatba, akkor át kellene állni a vonalkapcsolt hangátvitelrôl a csomagkapcsolt VoIP-ra, úgy hogy a beszélgetô felek azt ne vegyék észre, ezt pedig nagyon nehéz lenne megoldani. A helyzet sokkal egyszerûbb lenne, ha a celluláris hálózatban is csomagkapcsolt módon IP fölött menne a teljes forgalom, beleértve a valósidejû szolgáltatásokat is, vagyis ha megvalósulna az All IP hálózati struktúra. Összefoglalva tehát a fentieket: a 3G sok mindent elért a kitôzött célokból, de igazi változást nem hozott a 2G-hez képest, elsôsorban azért, mert szorosan a 2G-re épül. A 3G elsôsorban a hozzáférôi hálózaton 14 LX. ÉVFOLYAM 2005/11